Die vorliegende Erfindung betrifft einen Abstandshalter für Vorrichtungen für Gasseparation, Umkehrosmose, Vorwärtsosmose, Dialyse, Mikro-, Ultra- oder Nanofiltration, umfassend ein Flachmaterial, das ein- oder beidseitig Stützelemente aufweist. In einer Vielzahl industrieller und kommunaler Anwendungen, wie Abwasserreinigung und Meerwasserentsalzung werden seit Jahrzehnten Membran-gestützte Filtrationsverfahren, insbesondere die Crossflow-Filtration eingesetzt. Hierbei werden flächenhaft ausgebildete poröse Membranen tangential zur Membranoberfläche von einem zu reinigenden Fluid— weiterhin als Feed bezeichnet, überströmt. Die Porengröße der Membranen liegt je nach Anwendung im Bereich von etwa lO Nanometer bis zu einigen Mikrometern. Das von dem Feed durchströmte Volumen, üblicherweise als Vorlauf bezeichnet, ist durch die Membran von einem Permeatraum getrennt. Zwischen Vorlauf und Permeatraum wird ein Differenzdruck von etwa 0,1 bar bis zu 100 bar angelegt, der einen Stofftransport vom Vorlauf zum Permeatraum bewirkt, wobei Permeat (bzw. Filtrat) in den Permeatraum gelangt. Die Membran ist üblicherweise als zweilagiger Verbund aus einem Trägervlies und einer porösen Membranschicht ausgebildet. Vorzugsweise besteht die poröse Membranschicht aus Polyethersulfon, Polysulfon, Polyacrylnitril, Polyvinylidenfluorid, Polyamid, Polyemerimid, Celluloseacetat, Regeneratcellulose, Polyolefin oder Fluorpolymer. Die poröse Membranschicht wird beispielsweise erzeugt, indem ein Vlies oder Gewebe mit Polymerlösung beschichtet und das Polymer in einem nachfolgenden Phaseninversionsschritt ausgefallt wird. Alternativ hierzu wird eine Polymerfolie in geeigneter Weise verstreckt, wobei in der Polymerfolie Poren entstehen. Die verstreckte Polymerfolie wird dann zur mechanischen Stabilisierung auf ein Trägervlies auflaminiert. Nach diesen Methoden hergestellte Filtrationsmembranen sind kommerziell erhältlich, z.B. unter der Bezeichnung NADIR ^® Membranen (MICRODYN-NADIR GmbH, Wiesbaden) oder Celgard ^® Fiat Sheet Membranes (Celgard Inc., Charlotte, NC, USA).

In dem Feed enthaltene Komponenten, deren Durchmesser zu groß ist, um die Membranporen zu passieren, werden auf der Membranoberfläche zurück gehalten und bleiben teilweise haften. Bei der Crossflow-Filtration wird die Membranoberfläche permanent mit Feed überströmt, um die zurückgehaltenen Komponenten (Retentat) von der Membranoberfläche abzutransportieren. Auf diese Weise ist ein kontinuierlicher Filtrationsbetrieb mit konstantem Permeatfluss möglich. Die Crossflow-Betriebsweise resultiert in der typischen Bauform von Membranmodulen mit drei Anschlüssen für Feed, Retentat und Permeat.

Der Permeatraum wird durch zwei separate Membranen oder durch zwei Teilflächen einer einstückigen Membran begrenzt. Zwischen den beiden Membranen bzw. Teilflächen ist ein poröser Permeatspacer angeordnet, der zum Einen als Stützstruktur für die empfindlichen Membranen dient, auf denen ein transmembraner Differenzdruck von bis zu 100 bar lastet, und zum Anderen Durchgänge bereitstellt, durch welche das Permeat entlang der Innenseiten der Membranen/Teilstücke abfließt. Um den zum Ableiten des Permeats erforderlichen Energiebedarf zu minimieren, werden Permeatspacer mit einem möglichst geringen Strömungswiderstand eingesetzt. So weisen im Stand der Technik gebräuchliche Permeatspacer beispielsweise Oberflächen mit einer Vielzahl paralleler in Richtung des Druckgefälles verlaufender und durch Stege getrennter Kanäle auf, wobei die Stege als Stütze für die Membranen dienen. Um den Strömungswiderstand zu verringern, kann weder die Stegbreite beliebig verringert und/oder der Stegabstand beliebig vergrößert werden, weil sonst die Stützung der Membranen unzureichend ist und die Membranen sich unter dem hohen transmembranen Differenzdruck durchbiegen und/oder mechanisch beschädigt werden.

Im Stand der Technik gebräuchliche Filtrationsanlagen sind aus Flachfiltermodulen oder Spiralwickelfiltern aufgebaut.

In Flachfiltermodulen ist eine Vielzahl von planaren Filterelementen parallel zueinander in einem Stapel angeordnet. Zwischen jeweils zwei benachbarten Filterelementen befindet sich ein Abstandshalter - im Folgenden als Feedspacer bezeichnet. Der Feedspacer ist zumeist netzartig ausgestaltet und modifiziert die Überströmung der Membranen mit dem Feed. Um einen kompakten Aufbau und eine effiziente Überströmung der Membranen zu erzielen, sind die Filterelemente und Feedspacer möglichst dünn ausgebildet. Die üblicherweise verwendeten Feedspacer bestehen aus einem Netz aus zwei Lagen gekreuzt angeordneter Filamente. Die Filamente sind aus einem polymeren Werkstoff wie Nylon oder Polypropylen gefertigt und haben einen Durchmesser im Bereich von 0,5 bis 1,5 mm. Vorzugweise wird ein sogenannter Diamantspacer eingesetzt, bei dem das polymere Netz rautenförmige Maschen aufweist und die Filamente schräg in einem Winkel von etwa 45° zur Überströmungsrichtung des Feeds verlaufen. Der volumetrische Lückengrad von Feedspacem, der im wesentlichen dem Produkt aus offener Maschenfläche und Filamentdurchmesser, bezogen auf das Produkt aus Gesamtfläche und Filamentdurchmesser entspricht, beträgt typischerweise 70 bis 90 %. Im Stand der Technik ist zudem eine Vielzahl weiterer Feedspacer bekannt, die als flächenhafte Formkörper aus polymeren, metallischen oder keramischen Werkstoffen ausgebildet sind. Einige der bekannten Feedspacer sind mit strömungsführenden Strukturen mit komplexer, beispielsweise Zickzack- oder spiralförmiger Geometrie ausgestattet.

Spiralwickelfilter werden zumeist hergestellt, indem vier flexible Bahnen aus einer ersten Membran, einem Feedspacer, einer zweiten Membran und einem Permeatspacer übereinander gelegt und unter Einwirkung einer hohen Zugkraft spiralförmig um ein zylindrisches Rohr gewickelt werden. Um Vorlauf und Permeatraum voneinander abzudichten, werden je nach Konfiguration des Spiralwickelfilters die Membranen mit dem Permeatspacer an zwei oder mehr Randseiten fluiddicht versiegelt und gegebenenfalls an einer weiteren Randseite mit dem zentral angeordneten Rohr verbunden, um einen Durchgang zum Ableiten von Permeat zu schaffen. Alternativ kann ein Spiralwickelfilter derart ausgestaltet sein, dass Permeat über einen oder beide längsseitigen Ränder der Membranen, d.h. an den Stirnseiten des Spiralwickelfilters entnommen und Feed über das zentrale Rohr zugeführt wird.

Die Patentschrift US 20080290031 AI beschreibt einen Feedspacer, der sich für Spiralwickelfilter und Flachfiltermodule eignet. Der Feedspacer besteht aus einem flächigen Material, das auf beiden Seiten vorstehende Elemente aufweist. Die vorstehenden Elemente sind verschiedenartig gestaltet, insbesondere haben sie eine sphärische oder rinnenartige Form. Die vorstehenden Elemente sind auf dem Flachmaterial in einem regelmäßigen Muster aus zueinander parallelen Linien angeordnet.

Der Feedspacer bestimmt den Strömungsverlauf des Feeds (Crossflow) an der Membranoberfläche. Für den Stofltransport und die Filtrationsleistung ist die Ablösung bzw. Durchmischung des in der sogenannten Polarisationsschicht angereicherten Retentats mit frischem Feed essentiell. Dementsprechend beeinflusst der Feedspacer die Effizienz und Wirtschaftlichkeit einer Filtrationsvorrichtung in maßgeblicher Weise. Deshalb werden in Industrie und Forschung große Anstrengungen unternommen, neuartige Feedspacer zu entwickeln, die den Stofftransport an der Membranoberfläche erhöhen und zugleich den Strömungswiderstand und damit den Druckabfall zwischen Vorlauf und Retentatableitung verringern. Insbesondere der letztgenannte Punkt gewinnt zunehmend an Bedeutung, weil hierdurch der Energiebedarf für den Betrieb einer Filtrationsvorrichtung reduziert wird. Ein wesentlicher Teil der Betriebskosten für Filtration entfällt auf die Energie zum Erzeugen der Feed-Überströmung. Abhängig von der Strömungsgeschwindigkeit und Geometrie des Feedspacers bilden sich im Crossflow Wirbel sowie Stau- und Totzonen aus. Diese Störungen des Crossflows werden bei im Stand der Technik gebräuchlichen netzartigen Feedspacern vor Allem durch schräg oder senkrecht zur Strömungsrichtung verlaufende Filamente verursacht. Wirbel erhöhen den Strömungswiderstand, während in Stau- und Totzonen der Stofftransport behindert und damit die Fütrationseffizienz gemindert ist. Neben der Energie- und Filtrationseffizienz spielen weitere Kriterien wie die Reinigung der Filtermodule und somit die mechanische Stabilität des Feedspacers eine Rolle.

Die vorliegende Erfindung hat die Aufgabe, einen Abstandshalter für Vorrichtungen für Gasseparation, Umkehrosmose, Vorwärtsosmose, Dialyse, Mikro-, Ultra- oder Nanofiltration bereitzustellen, der eine gute Filtrationseffizienz bei zugleich geringem Strömungswiderstand aufweist. Im Fall der Verwendung als Permeatspacer soll der Abstandshalter zudem eine gleichmäßige mechanische Stützung der Filtrationsmembranen ohne punktuelle Überbelastung gewährleisten. Im Weiteren soll der Abstandshalter mechanisch robust und kostengünstig herstellbar sein. Diese Aufgabe wird gelöst durch einen Abstandshalter umfassend ein Flachmaterial, das auf einer oder beiden Oberflächen eine Vielzahl konvexer Stützelemente mit einer Grundfläche von 0,03 bis 600 mm ² aufweist, die auf dem Flachmaterial in einem Muster mit einer oder mehreren periodisch sich wiederholenden, 2 bis 100000 Stützelemente enthaltenden Elementarzellen mit einer Flächenbelegung von 0,1 bis 20 % angeordnet sind.

Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Abstandshalters sind dadurch gekennzeichnet, dass:

- die Flächenbelegung der Stützelemente auf dem Flachmaterial im Bereich von 0,1 bis 10 %, bevorzugt 1 bis 8 %, und insbesondere 1 bis 5 % liegt;

- die Elementarzelle 3 bis 10000, bevorzugt 10 bis 1000, und insbesondere 20 bis 100 Stützelemente enthält;

- jede Gerade, die auf einer oder beiden Oberflächen des Flachmaterials in einer vorgegebenen Richtung bzw. Achse verläuft, auf einer Strecke mit einer Länge von 2 bis 1000 mm die Grundfläche mindestens eines Stützelements schneidet;

- die Stützelemente in einem Muster angeordnet sind mit einer oder mehreren sich periodisch wiederholenden, parallelogrammförmigen oder rechteckigen Elementarzellen mit einer ersten und zweiten Seite D und L, die unabhängig voneinander eine Länge von 2 bis 1000 mm haben, wobei die Elementarzelle 2 bis 100000 Stützelemente enthält und N Stützelemente mit N ganzzahlig und 2 <N < 1000, vorzugsweise 3 < N < 1000, insbesondere 10 <N < 200, und besonders bevorzugt 20 <N < 100, bezogen auf den Ursprung der Elementarzelle und in Richtung der Seite D in einem Abstand von größer

D (2-j-l)/(2-N) - 0,l-D/N und kleiner D (2-j-l)/(2-N) + 0,1-D/N mit j ganzzahlig und 1 < j <N angeordnet sind und jeder Wert j = 1, N genau einmal vorkommt;

- die N Stützelemente bezogen auf den Ursprung der Elementarzelle und in Richtung der Seite L in einem Abstand von größer L-(2-i-l)/(2-M) - 0,1-L/M und kleiner L-(2-i-l)/(2-M) + 0,1-L/M angeordnet sind mit M, i ganzzahlig, 2 < M < 1000 und

1 i < M, wobei vorzugsweise M gleich N ist (M = N);

- jeder Wert i genau einmal vorkommt;

- für mindestens zwei der N Stützelemente die Werte i und j voneinander verschieden sind (i ^j) und für mindestens zwei Stützelemente die Summe i+j von N+l verschieden ist (i+j ^ N+l) ist, und vorzugsweise für mindestens ein Stützelement die Werte i und j gleich sind (i =j) und für mindestens ein Stützelement die Summe der Werte i und j gleich N+l ist (i+j = N+l);

- die Stützelemente eine kalottenformige Gestalt aufweisen;

- die Stützelemente in Richtung der Seite D eine Halbwertsbreite W2 und W3 aufweisen, die im Bereich von 0,2-D/N bis 1,2-D/N, vorzugsweise 0,4-D/ bis 1,0-D/N, und insbesondere 0,4 bis 0,8 -D N liegt, oder dass die Stützelemente in Richtung der Seite D eine Halbwertsbreite W2 und W3 von 0,3 bis 10 mm haben;

- die Stützelemente eine Höhe H von 0,1 bis 4 mm, insbesondere 0,6 bis 2,0 mm, jeweils bezogen auf eine Grundfläche des Abstandshalters aufweisen; - die Stützelemente Durchgänge aufweisen mit einem Querschnitt, der im Wesentlichen senkrecht zu der vorgegebenen Achse angeordnet ist und die Durchgänge die gegenüberliegenden Seiten des Abstandhalters verbinden;

- der Abstandshalter einstückig ausgebildet ist, wobei vorzugsweise das Flachmaterial eine Folie oder ein Gewirke aus einem oder mehreren polymeren, textilen oder metallischen Werkstoffen, insbesondere aus Polyvinylsiloxan ist und eine Dicke von 0,1 bis 2 mm hat; und

- der Abstandshalter eine hydrophobe Beschichtung aufweist.

Der erfindungsgemäße Abstandshalter wird als Feedspacer im Vorlauf und/oder als Permeatspacer im Permeatraum einer Filtrationsvorrichtung verwendet. Zudem ist vorgesehen, dass der Abstandshalter einen integralen Bestandteil einer Filtrationsmembran bildet. Je nach Verwendung als Feed- und/oder Permeatspacer wird hierzu die Vorderseite, d.h. eine mittels Phaseninversion abgeschiedene polymere Membranschicht oder eine verstreckte Polymerfolie und/oder die Rückseite, d.h. das Trägervlies oder -gewebe der Filtrationsmembran strukturiert.

Erfindungsgemäß umfasst der Begriff "Elementarzelle" jedes Polygon, das eine vollständige Parkettierung der Fläche ermöglicht, wie beispielsweise beliebige Dreiecke und Vierecke, Parallelogramme, Rechtecke oder regelmäßige Sechsecke. Im Rahmen der Erfindung sind Elementarzellen mit Parallelogramm- oder Rechteckform bevorzugt.

Das Muster, in dem die Stützelemente auf dem Flachmaterial angeordnet sind, kann aus lediglich einer Elementarzelle oder einem Teilbereich einer Elementarzelle bestehen. Dies ist beispielsweise der Fall, wenn eine große Elementarzelle mit Seitenlängen von 100 bis 1000 mm gewählt wird und die Abmessungen bzw. Seitenlängen der Filter 100 mm oder kleiner sind. Den Kern der Erfindung repräsentiert das vorstehend beschriebene Muster, gemäß dem die Stützelemente auf dem Flachmaterial derart angeordnet sind, dass jede Gerade, die auf einer oder beiden Oberflächen des Flachmaterials in einer vorgegebenen Richtung bzw. Achse verläuft, auf einer Strecke mit einer Länge von 2 bis 1000 mm die Grundfläche mindestens eines Stützelements schneidet. Das erfindungsgemäße Muster gewährleistet, dass ein, in der vorgegebenen Richtung tangential zur Oberfläche des Flachmaterials strömendes Fluid - sei es ein Gas oder eine Flüssigkeit - in einer definierten Weise umgelenkt wird.

Vorzugweise ist das Muster jedoch periodisch und umfasst mehrere, sich in einer oder in zwei voneinander verschiedenen Raumrichtungen wiederholenden Elementarzellen. In einem Randbereich des Abstandshalters bzw. entlang einer Schnittkante des Flachmaterials kann das Muster Teilflächen von Elementarzellen, beispielsweise eine Hälfte einer Elementarzelle enthalten. Zur Herstellung der erfindungsgemäßen Abstandshalter werden vorzugsweise kontinuierliche Verfahren, wie Prägung oder Druck eingesetzt, die sich rotierender Walzen bedienen und in Lauf- oder Maschinenrichtung periodische Muster erzeugen. Die Flächenbelegung bezeichnet den Teil der Fläche der Elementarzelle, der von Stützelementen belegt ist. Die Flächenbelegung entspricht dem Quotienten aus (Anzahl der Stützelemente x mittlere Grundfläche der Stützelemente) / (Fläche der Elementarzelle). Zweckmäßig haben alle Stützelemente die gleiche Gestalt und Grundfläche. Soweit dies nicht zutrifft, beispielsweise aufgrund designbedingter Vorgaben oder fertigungstechnischer Schwankungen, wird in der vorstehenden Beziehung (Quotienten) eine durch Messung bestimmte "mittlere Grundfläche" verwendet.

Vorzugsweise sind die Stützelemente in der Elementarzelle derart angeordnet, dass jede Gerade, die auf einer oder beiden Oberflächen des Flachmaterials in einer vorgegebenen Richtung bzw. Achse verläuft, auf einer Strecke mit einer Länge von 2 bis 1000 mm die Grundfläche mindestens eines Stützelements schneidet. Dementsprechend wird jede Stromlinie eines Fluids, welches die Oberfläche des Flachmaterials in der vorgegebenen Richtung überströmt, mindestens einmal umgelenkt.

Erfindungsgemäß ist unter dem Begriff "kalottenformig" ein von der Oberfläche des Flachmaterials hervorstehendes massiv oder schalenartig ausgebildetes Stützelement zu verstehen, dessen Oberfläche in etwa die Gestalt eines Segments einer Kugel oder eines Rotationsellipsoids hat.

Die vorgegebene Richtung bzw. Achse verläuft parallel zur Oberfläche des Flachmaterials und wird beim Einbau des Abstandshalters in ein Filtermodul im wesentlichen parallel zur Strömungsachse des Vorlaufs (d.h. parallel zur Fließrichtung des Feeds bzw. parallel zum Crossfiow) und/oder parallel zur Strömungsachse des Permeatraums ausgerichtet. Zur wirtschaftlichen Herstellung des erfindungsgemäßen Abstandshalters wird vorzugsweise ein bandförmiges Flachmaterial, insbesondere eine Polymerfolie verwendet. Hierbei entspricht die vorgegebene Achse der Längsachse des Bandes. Zur Verarbeitung wird das bandförmige Flachmaterial zweckmäßig in Form einer Rolle bereitgestellt.

Die Zahl der Stützelemente in der Elementarzelle beträgt 2 bis 100000, wobei N der Stützelemente (mit 2 <N < 1000) derart angeordnet sind, dass jeweils zwei der N Stützelemente in Richtung der Seite D den gleichen Abstand D N zueinander haben. Erfindungsgemäß kann die Zahl N der in Richtung der Seite D äquidistant in der Elementarzelle angeordneten Stützelemente explizit jeden Wert zwischen 2 und 1000 annehmen, d.h. N = 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19 oder 20; N = 21, 30; N = 31, 40 usw.

Die weiteren Stützelemente, können an beliebigen Positionen in der Elementarzelle angeordnet sein. Erfindungsgemäß sind jedoch Abstandshalter mit möglichst geringer Flächenbelegung bevorzugt, bei denen die Elementarzelle neben den N in Richtung der Seite D äquidistant angeordneten Stützelementen keine weiteren Stützelemente enthält.

Damit der erfindungsgemäße Abstandshalter seine Funktion, insbesondere die Strömungs- umlenkung erfüllt, ist es nicht erforderlich, dass jeweils zwei der N Stützelemente in der Elementarzelle in Richtung der Seite D exakt in einem Abstand von D/N zueinander positioniert sind. Vielmehr ist die erfindungsgemäße Strömungsumlenkung auch dann erfüllt, wenn die N Stützelemente in Richtung der Seite D in Abständen von größer D (2 j-l)/(2-N) - 0,1-D/N und kleiner D (2-j-l)/(2 N) + 0,1-D/N mit j ganzzahlig und 1 <j <N angeordnet sind, wobei jeder Wert j = 1, N genau einmal vorkommt. Weil die Stützelemente u.a. in Richtung der Seite D eine von Null verschiedene Breite haben, ist eine um einen Wert von bis zu ± 0,1 -D/N von dem exakten Wert D-(2j-l)/(2-N) abweichende Positionierung des jeweiligen Stützelements zulässig und erfindungsgemäß mit einbegriffen. Abgesehen von der Strömungsumlenkung ist außerdem zu berücksichtigen, dass Folien, Vliese und Gewebe aus polymeren, textilen oder auch metallischen Werkstoffen, aus denen die erfindungsgemäßen Abstandshalter bevorzugt hergestellt sind, im Herstellungsprozess verformt werden, wobei aufgrund von Fertigungstoleranzen geringe Abweichungen von einer mathematisch vorgegebenen Sollform unvermeidlich sind.

Die vorstehenden Ausführungen hinsichtlich Strömungsumlenkung und Fertigungstoleranzen gelten in gleicher Weise für die Positionierung der N Stützelemente in Richtung der Seite L. Bezogen auf den Ursprung der Elementarzelle sind die N Stützelemente in Richtung der Seite L vorzugsweise in einem Abstand von größer L-(2-i-l)/(2-M) - 0,1-L/M und kleiner L-(2-i-l)/(2-M) + 0,1-L/M angeordnet mit M, i ganzzahlig, 2 < M < 1000 und 1 < i < M, wobei insbesondere M gleich N ist (M = N). Dementsprechend ist eine Positionierung des jeweiligen Stützelements in Richtung der Seite L in einem Abstand von genau L-(2-i-l)/(2-M) bezogen auf den Ursprung der Elementarzelle angestrebt, jedoch nicht zwingend erforderlich. Die Erfindung hat zudem die Aufgabe, eine Filtrationsvorrichtung mit erhöhter Filtrationseffizienz und geringem Energiebedarf bereitzustellen. Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung für Gasseparation, Umkehrosmose, Vorwärtsosmose, Dialyse, Mikro-, Ultra- oder Nanofiltration, umfassend Filtrationsmembranen und einen oder mehrere der vorstehend beschriebenen, im Vorlauf und/oder im Permeatraum der Vorrichtung angeordnete Abstandshalter. Vorzugsweise ist die Seite L der Elementarzelle der Abstandshalter im Wesentlichen parallel zu einer Strömungsachse des Vorlaufs und/oder des Permeatraums ausgerichtet Eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Filtrationsvorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass der Abstandshalter ein integraler Bestandteil der Filtrationsmembranen ist.

Die Erfindung hat im Weiteren die Aufgabe, ein Verfahren zur Herstellung eines Abstandshalters mit den vorstehenden Merkmalen bereitzustellen. Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren, bei dem in einem bandförmigen Flachmaterial aus einem metallischen, polymeren oder textilen Werkstoff mittels mindestens einer Prägewalze Stützelemente geformt werden und die mindestens eine Prägewalze formgebende Prägeelemente aufweist, die in einem periodischen Muster mit einer 2 bis 100000 Prägeelemente enthaltenden Elementarzelle und einer Flächenbelegung von 0,1 bis 20 % auf der Oberfläche der Prägewalze angeordnet sind. Vorzugsweise sind die Prägeelemente in einem periodischen Muster angeordnet mit einer parallelogramn förmigen oder rechteckigen Elementarzelle mit einer ersten und zweiten Seite D und L, die unabhängig voneinander eine Länge von 2 bis 1000 mm haben, wobei die Elementarzelle 2 bis 100000 Prägeelemente enthält und N Prägeelemente mit N ganzzahlig und 2 < N < 1000, vorzugsweise 3 < N < 1000, insbesondere 10 <N < 200, und besonders bevorzugt 20 <N < 100, bezogen auf den Ursprung der Elementarzelle und in Richtung der Seite D in einem Abstand von D-(2j-l)/(2 N) mit j ganzzahlig und 1 < j <N angeordnet sind und jeder Wert j = 1, N genau einmal vorkommt.

Die Erfindung wird im Folgenden unter Bezugnahme auf Zeichnungen (Figuren) näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 einen Diamantspacer nach dem Stand der Technik;

Fig. 2a eine schematische Draufsicht eines ersten erfindungsgemäßen Abstandshalters;

Fig. 2b-c perspektivische Ansichten des Abstandshalters der Fig. 2a;

Fig. 2e-g perspektivische Ansichten eines zweiten erfindungsgemäßen Abstandshalters; Fig. 3-5 Draufsichten weiterer erfindungsgemäßer Ausfuhrungsformen von Abstandshaltern;

Fig. 6 eine Schnittansicht von zwei Filterelementen mit zwischenliegendem

Abstandshalter ; und

Fig. 7 eine Vorrichtung zur Herstellung des Feedspacers.

Fig. 1 zeigt einen im Stand der Technik gebräuchlichen netzartigen Diamantspacer, der als Abstandshalter zwischen je zwei flächenhaft ausgebildeten Filterelementen einer Filtrationsvorrichtung angeordnet ist. Eine Filtrationsvorrichtung umfasst eine Vielzahl von Filterelementen, wobei die Gesamtheit der von je zwei benachbarten Filterelementen begrenzten Durchgänge den Vorlauf zum Überströmen der Filterelemente mit Feed (Crossflow) bilden. Die Maschen des Diamantspacers werden von zwei Lagen gekreuzter Filamente gebildet und sind rechteckig oder rautenförmig. Ein Diamantspacer wird in der Filtrationsvorrichtung so ausgerichtet, dass die Filamente schräg zu einer vorgegebenen Achse 100 verlaufen, wobei die vorgegebene Achse 100 im Wesentlichen der Strömungsachse des Feeds im Vorlauf, d.h. dem Strömungsvektor des Crossflows entspricht.

Diamantspacer werden üblicherweise aus einem thermoplastischen Werkstoff wie Polypropylen oder Nylon mittels Extrusion hergestellt. Der hierzu eingesetzte Extruder hat typischerweise zwei konzentrisch angeordnete Ringdüsen für die beiden gekreuzten Filamentlagen.

Fig. 2a zeigt u.a. eine schematische Draufsicht eines ersten erfindungsgemäßen Abstandshalters 10. Der Abstandshalter 10 umfasst ein folien- oder netzartiges Flach- materiaJ 1, das auf mindestens einer Seite konvexe Stützelemente 2 aufweist, die auf der Oberfläche des Flachmaterials 1 in einem periodischen Muster angeordnet sind. In einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung weist der Abstandshalter 10 auf jeder der beiden Seiten des Flachmaterials 1 konvexe Stützelemente 2, 3 auf, die kalottenförmig gestaltet sein können. "Kalottenförmig" bezeichnet hierbei ein massiv oder schalenartig ausgebildetes Stützelement 2, 3, dessen Kontur im Wesentlichen der Kontur eines Segments einer Kugel oder eines Rotationsellipsoids gleicht. Eine durch Richtungspfeile 100 vorgegebene Achse ist parallel zu einer Grundfläche 11 des Abstandshalters 10 ausgerichtet. Beim Einbau des Abstandshalters 10 in eine Filtrationsvorrichtung wird die Achse 100 im wesentlichen parallel zur Strömungsachse des Feed (Crossflow) bzw. des Permeats ausgerichtet. Die Grundfläche 11 ist in einer unteren Schnittansicht der Fig. 2a gestrichelt dargestellt und verläuft durch das ebene, nicht verformte Flachmaterial 1.

Zusätzlich zur Draufsicht zeigt Fig. 2a zwei Schnittansichten entlang einer zur Achse 100 parallelen Linie Y-Y sowie einer zur Achse 100 senkrechten Linie X-X. Aus diesen Schnittansichten ist die Oberflächenkontur des erfindungsgemäßen Abstandshalters 10 ersichtlich. Die Stützelemente 2, 3 stehen senkrecht von der Grundfläche 11 des Abstandshalters 10 vor, wobei die Kuppe bzw. der Scheitelpunkt jedes Stützelements 2, 3 einen Abstand bzw. eine Höhe H2, H3 bezogen auf die Grundfläche 11 hat. Bei erfindungsgemäßen Ausführungsformen, die auf beiden Seiten des Flachmaterials 1 Stützelemente 2 und 3 aufweisen, kann die Höhe H2 und H3 der Stützelemente 2 und 3 gleich oder voneinander verschieden sein. Die Schraffur 12 in Fig. 2a zeigt an, dass die Stützelemente 2 und/oder 3 massiv ausgebildet sein können. Die Stützelemente 2, 3 haben eine Halbwertsbreite W2, W3, die dem maximalen Durchmesser, gemessen senkrecht zur Achse 100 in einem Abstand bzw. einer Höhe von 1/2 Ή2 bzw. 1/2 -H3 von der Grundfläche 11 entspricht.

Fig. 2c zeigt eine perspektivische Teilansicht des Abstandshalters 10, in der die Abmessungen L, D der Elementarzelle sowie die Halbwertsbreiten W2, W3 und die Höhen H2, H3 der Stützelemente 2, 3 anschaulich dargestellt sind.

Das periodische Muster, in dem die Stützelemente 2 angeordnet sind, setzt sich zusammen aus rechteckigen Elementarzellen mit den Abmessungen L parallel und D senkrecht zur vorgegebenen Achse 100. Innerhalb der einzelnen Elementarzelle L, D sind zumindest zwei Stützelemente 2 derart angeordnet, dass das Lot eines festgelegten Punktes, insbesondere des Scheitelpunkts ihrer kalottenförmigen Oberfläche auf die Grundfläche 11 des Abstandshalters 10, auf vorgegebenen Positionen liegt. Bei dem in Fig. 2a dargestellten Abstandshalter 10 mit N = 2 Stützelementen 2 je Elementarzelle L, D sind die Stützelemente 2 derart angeordnet, dass ihr Abstand von einem Ursprung 16 der Elementarzelle L, D senkrecht zur Achse 100 einen Betrag von 1/4-D und 3/4-D hat, entsprechend Werten von (2j-l)-D/(2- ) mit N = 2 und j = 1 und 2.

Bei erfindungsgemäßen Ausführungsformen, die auf beiden Seiten des Flachmaterials 1 Stützelemente 2 und 3 aufweisen, sind die Stützelemente 2 und 3 jeweils in einem, wie vorstehend beschriebenen periodischen Muster angeordnet, wobei der Koordinatenursprung des jeweiligen Musters mit den Stützelementen 3 relativ zu dem Koordinatenursprung des jeweiligen Musters mit den auf der gegenüberliegenden Seite des Abstandshalters befindlichen Stützelementen 2 deckungsgleich oder gegeneinander verschoben sein können. Im Falle einer Verschiebung wird der Verschiebungsvektor der Stützelemente 3 relativ zu den auf der gegenüberliegenden Seite des Abstandshalters 10 angeordneten Stützelementen 2 so gewählt, dass der Überlapp der Stützelemente 3 mit den Stützelementen 2 möglichst gering ist. Bei dem in Fig. 2a gezeigten Abstandshalter 10 mit N = 2 Stützelementen wird vorteilhaft ein Verschiebungsvektor mit einer Komponente des Betrags Null senkrecht zur Achse 100 und 1/3,2-L parallel zur Achse 100 gewählt. In allen anderen Fällen, bei denen N größer/gleich 3 und kleiner/gleich 1000 ist, wird zweckmäßig ein Verschiebungsvektor mit einer Komponente des Betrags D/2 senkrecht zur Achse 100 und von Null parallel zur Achse 100 gewählt.

Aufgrund der äquidistanten Anordnung der Stützelemente 2 in einem Abstand von D N— im Fall der Anordnung gemäß Fig. 2a in einem Abstand von D/2 - senkrecht zur Achse 100 in Verbindung mit der konvexen Gestalt bilden die Stützelemente 2 ein zweidimensionales periodisches Gitter von Hündernissen, an dem die im Wesentlichen in Richtung der Achse 100 fließende Feedströmung (Crossflow) umgelenkt wird. Die Oberfläche der konvexen, insbesondere kalottenförmigen Stützelemente 2 hat vorzugsweise eine stetige, mehr oder minder stromlinienförmige Kontur, so dass die Ausbildung von Wirbeln sowie Stau- und Totzonen weitgehend vermieden wird. In der perspektivischen Darstellung der Fig. 2b ist die Umströmung der Stützelemente 2 und 3 mittels Richtungspfeilen schematisch wiedergegeben. Füeraus ist ersichtlich, dass der Abstandshalter 10 eine stetige und für die Feedströmung weitgehend offene Oberfläche hat. Andererseits ist durch die regelmäßige Anordnung der Stützelemente 2 senkrecht zur Achse 100 und den Versatz von jeweils zwei benachbarten Reihen von Stützelementen gewährleistet, dass entlang der Achse 100 kein offener Durchgang entsteht, durch welchen Feed ohne jegliche Urnlenkung ungehindert abfließen kann. Dieser Sachverhalt ist im Weiteren in Fig. 2d verdeutlicht, die eine perspektivische Ansicht des Abstandshalters 10 mit Blickrichtung entlang der Achse 100, d.h. in Richtung der Feedströmung wiedergibt.

Erfindungsgemäß können die N = 2 Stützelemente 2 der Elementarzelle L, D senkrecht zur Achse 100 nebeneinander angeordnet sein, d.h. dass ihr Abstand vom Ursprung 16 der Elementarzelle L, D in Richtung der Achse 100 identisch ist. Mit dieser Anordnung wird bereits eine gleichmäßige Umlenkung der Feedströmung erzielt. Erfindungsgemäß ist jedoch die in den Fig. 2a-d gezeigte Anordnung bevorzugt, in welcher die zwei Stützelemente 2 bzw. 3 in der Elementarzelle in Richtung der Achse 100 um den Abstand L/N - im Fall der Anordnung gemäß Fig. 2a in einem Abstand von L/2 - versetzt sind. In dieser Anordnung befinden sich die zwei Stützelemente 2 an Positionen mit den Koordinaten L/4 und L-3/4 parallel und D/4 bzw. D-3/4 senkrecht zur Achse 100.

Die Fig. 2e bis 2g zeigen einen Abstandshalter 20 als erfindungsgemäße Weiterbildung 20 des Abstandshalters der Fig. 2a. Bei dem Abstandshalter 20 weisen die Stützelemente 2, 3 Durchgänge 4, 5 durch das Flachmaterial 1 auf. Die Durchgänge 4, 5 ermöglichen eine Feed- oder Permeatströmung von der Oberseite zur Unterseite des Abstandshalters 20 und vice versa. Die Querschnittsfläche der Durchgänge 4, 5 verläuft im Wesentlichen senkrecht zur Achse 100. Eine Feed- oder Permeatströmung welche an der oberen oder unteren Seite des Abstandshalters 20 in Richtung des Achse 100 entlang einer Flußlinie strömt, die einen Durchgang 4 bzw. 5 durchsetzt, wird auf die untere bzw. obere Seite des Abstandshalters 20 umgeleitet. Dieser Sachverhalt ist in Fig. 2e durch entsprechende Richtungspfeile verdeutlicht. Von der Erfindung sind Abstandshalter umfasst, die auf einer oder auf beiden Seiten Stützelemente 2 respektive 3 aufweisen. Dementsprechend können die Stützelemente 2 und/oder 3 unabhängig voneinander mit Durchgängen 4 und/oder 5 ausgestattet sein. Zur Herstellung eines Abstandshalters 20 mit Durchgängen 4, 5 wird als Flachmaterial 1 vorzugsweise eine Folie aus einem metallischen oder einem thermoplastischen Werkstoff verwendet.

Bei sämtlichen erfindungsgemäßen Abstandshaltern betragen die Abmessungen der jeweiligen Elementarzelle L und D unabhängig voneinander 2 bis 1000 mm. Damit die Feedströmung in hinreichendem Maß umgelenkt wird, dürfen die Halbwertsbreiten W2, W3 eine gewisse Mindestgröße nicht unterschreiten. Bei den in Fig. 2a bis 2g gezeigten Abstandshaltern 10 und 20, die jeweils zwei Stützelemente 2, 3 in der Elementarzelle aufweisen, haben die Halbwertsbreiten W2, W3 erfindungsgemäß einen Wert zwischen 0,1-D bis 0,6-D, vorzugsweise 0,2-D bis 0,5-D, und insbesondere 0,2-D bis 0,4-D. Bevorzugt weisen die Stützelemente 2, 3 unabhängig voneinander Halbwertsbreiten W2 und W3 in einem Bereich von 0,3 bis 10 mm auf.

Die Höhe H2, H3 der Stützelemente 2, 3 beträgt 0,1 bis 4 mm, insbesondere 0,6 bis 2,0 mm, jeweils bezogen auf die Grundfläche 11 der Abstandshalter 10 bzw. 20. Die Fig. 3 bis 5 zeigen weitere erfindungsgemäße Ausfuhrungsformen von Abstandshaltern 30, 40 und 50 mit N = 3, N = 4 und N = 5 Stützelementen 2 je Elementarzelle L, D. In gleicher Weise wie die vorstehend im Zusammenhang mit den in Fig. 2a bis 2g beschriebenen Abstandshalter 10 und 20, können die Abstandshalter 30, 40 und 50 ein- oder beidseitig Stützelemente 2 respektive 3 aufweisen, wobei die Stützelemente 2 und/oder 3 gegebenenfalls mit Durchgängen 4 und/oder 5 ausgestattet sind.

Die Positionen bzw. Abstände in denen die Stützelemente 2, 3 der Abstandshalter 30, 40 und 50 in der jeweiligen Elementarzelle L, D - bezogen auf den Ursprung 16 - angeordnet sind, haben in der zur Achse 100 senkrechten Richtung eine Größe von (2-j-l) D/(2-N) mit j ganzzahlig und l <j < N, wobei jeder Wert j = l, ..., N genau einmal vorkommt. Die dementsprechend bestimmten Abstände senkrecht zur Achse 100 sind in Tabelle 1 wiedergegeben.

Abstand der Stützelemente 2 (3) vom Ursprung 16 der Elementarzelle senkrecht zur Achse 100

Tabelle 1

In Tabelle 1 sind die Stützelemente 2 der Elementarzelle L, D mit #1, #2, #3, ... durchnummeriert. Erfindungsgemäß können alle Stützelemente 2 der Elementarzelle L, D in Richtung der Achse 100 den gleichen Abstand, beispielsweise Null oder L/(2 N), vom Ursprung 16 der Elementarzelle haben. Dementsprechend können die Stützelemente 2 in einem Muster von senkrecht zur Achse 100 ausgerichteten und in einem Abstand L zueinander parallel verlaufenden Linien angeordnet sein. Erfindungsgemäß ist jedoch ein Muster bevorzugt, bei dem die Stützelemente der Elementarzelle L, D in Richtung der Achse 100 in Abständen von (2-i-l)-L/(2-N) mit i ganzzahlig und 1 < i < N zum Ursprung 16 der Elementarzelle angeordnet sind, wobei jedes i = 1, N genau einmal vorkommt. Bei einem derartigen Muster bzw. Gitter bilden die Stützelemente 2 respektive 3 sowohl für Strömungen parallel zur Achse 100 wie auch für Strömungen senkrecht zur Achse 100 eine Anordnung von äquidistanten Hindernissen bzw. Umlenkpunkten. Ein Beispiel für dementsprechend berechnete Abstände parallel zur Achse 100 ist in Tabelle 2 wiedergegeben.

Tabelle 2

Bei einem gemäß Tabelle 1 und 2 vorgegebenen Muster sind die Stützelemente 2 entlang einer der beiden Diagonalen der Elementarzelle L, D angeordnet. Erfindungsgemäß sind jedoch hiervon abweichende Anordnungen bevorzugt, bei denen für mindestens zwei Stützelemente 2 die Koordinatenindizes i und j voneinander verschieden sind (i Φ j) und für mindestens zwei Stützelemente 2 die Summe ihrer Koordinatenindizes i+j von N+l verschieden ist (i+j N+l). Ist die vorstehende Bedingung erfüllt, so hegen nicht alle Stützelemente 2 auf einer der Diagonalen der Elementarzelle L, D. Ein Beispiel für dementsprechend gewählte Abstände ist in Tabelle 3 wiedergegeben.

Tabelle 3

In dem Beispiel der Tabelle 3 sind die Koordmatenindizes i und j des zweiten #2 und dritten #3 Stützelements 2 voneinander verschieden. Die in den Figuren 3 bis 5 gezeigten Abstandshalter 30, 40, 50 mit N = 3, 4 und 5 Stützelementen 2 bzw. 3 in der Elementarzelle L, D weisen das erfindungsgemäß bevorzugte Muster gemäß Tabelle 3 auf, wonach nicht alle Stützelemente 2 bzw. 3 auf einer der Diagonalen der Elementarzelle L, D liegen. Diese Anordnung hat die besondere Eigenschaft, dass sie keine bevorzugte Richtung - beispielsweise entlang einer der Diagonalen der Elementarzelle L, D - mit einem offenen Durchgang oder Kanal aufweist, durch den die Feedströmung fließen kann, ohne auf ein Stützelement 2, 3 zu treffen und umgelenkt zu werden.

Erfindungsgemäß sind weiterhin Anordnungen bevorzugt, bei denen für mindestens zwei Stützelemente 2 der Elementarzelle L, D die Koordinatenindizes i und j voneinander verschieden sind (i j), für mindestens zwei Stützelemente 2 die Summe ihrer Koordinatenindizes i+j von N+l verschieden ist (i+j ^N+1), für mindestens ein Stützelement 2 die Koordinatenmdizes i und j gleich sind (i =j) und für mindestens ein Stützelement 2 die Summe der Koordinatenindizes i+j gleich N+l ist (i+j = N+l). Sind die vorstehenden Bedingungen für den Einzelfall erfüllt, so liegt jeweils mindestens ein Stützelement 2 auf jeder der beiden Diagonalen der Elementarzelle L, D. Diese Bedingungen sind nur für N > 4 erfüllbar. Ein Beispiel für dementsprechend gewählte Abstände ist in Tabelle 4 wiedergegeben.

Tabelle 4

Sämtliche Abstandshalter 10, 20, 30, 40, 50 der vorliegenden Erfindung weisen den Vorteil auf, dass mit einer minimalen Flächendichte an Stützelementen 2, 3 eine vollständige Umlenkung der Feedströmung erzielt wird. Die Strömungsumlenkung trägt maßgeblich dazu bei, die Polarisationsschicht vor der Filtrationsmembran zu reduzieren und damit die Filtrationseffizienz zu steigern. Dementsprechend schafft die vorliegende Erfindung Abstandshalter mit einem optimalen Verhältnis von Filtrationseffizienz zu Strömungs widerstand.

Im Fall der Verwendung als Permeatspacer bieten die erfindungsgemäßen Abstandshalter 10, 20, 30, 40, 50 den Vorteil, dass mit einer geringen Flächendichte an Stützelementen 2, 3 eine gleichmäßige Stützung der Filtrationsmembranen unter Vermeidung von geradlinigen Kanälen bzw. Ausnehmungen, an denen sich die Filtrationsmembranen durchbiegen, erreicht werden kann.

Der niedrige Strömungswiderstand der erfindungsgemäßen Abstandshalter wird maßgeblich durch die Anordnung der Stützelemente gemäß dem vorstehend beschriebenen zweidimensionalen periodischen Muster erzielt. Die konvexe, insbesondere kalottenfbrmige Gestalt der Stützelemente trägt in geringem Umfang zur Erniedrigung des Strömungswiderstands bei. In alternativen Ausfuhrungsformen der Erfindung können die Stützelemente auch als Zylinder, Quader, Tetraeder oder Kugel gestaltet sein. Kalottenfbrmige Stützelemente bieten jedoch die folgenden Vorteile:

- der Abstandshalter weist eine im Wesentlichen stetige Oberflächenkontur ohne Kanten auf; dementsprechend ist die Verstopfungsneigung gering und der Abstandshalter ist leicht zu reinigen;

- aufgrund der kalottenfönnigen Gestalt ist die punktuelle mechanische Druckbelastung der empfindlichen Filtrationsmembran gering; und

- Abstandshalter mit kalottenförmige Stützelementen sind einfach und kostengünstig

herstellbar durch Prägen oder Tiefziehen einer thermoplastischen Folie.

Fig. 6 zeigt schematisch eine Schnittansicht eines zwischen zwei Filterlementen 6A und 6B angeordneten erfindungsgemäßen Abstandshalters 10, 20, 30, 40 oder 50. Die Filterelemente 6A und 6B sind beispielsweise mehrlagig aufgebaut aus oberen und unteren Membranen 7A, 8A bzw. 7B, 8B zwischen denen sich ein Permeatspacer 9A bzw. 9B befindet. Die Membranen bestehen in der Regel aus einer polymeren Membranschicht 7A bzw. 7B, die in bekannter Weise mittels Phaseninversion auf einem porösen Trägervlies 8A bzw. 8B abgeschieden sind. Wie durch die Richtungspfeile 101 angedeutet, fließt die Feedströmung gemäß dem Crossflow-Prinzip in dem von den beiden benachbarten Filterelementen 6A und 6B begrenzten Durchgang tangential zur Oberfläche der Membranen 7A und 7B. Durch den Abstandshalter 10, 50 wird die Feedströmung vielfach umgelenkt. Ohne diese erzwungene Umlenkung würde die Feedströmung, die unmittelbar vor den Membranen 7A und 7B gebildete Polarisationsschicht mehr oder minder laminar überströmen, ohne die für den Stofftransport erforderliche Durchmischung von Feed und Retentat, welches aufgrund des Konzentrationsgradienten in der Polarisationsschicht angereichert wird, zu bewirken. Alternativ zu der in Fig. 6 gezeigten Konfiguration können ein oder mehrere Abstandshalter 10, 50 einen integralen Bestandteil der Filtrationsmembran 6A und/oder 6B bilden. Je nach Verwendung als Feed- und/oder Penneatspacer wird hierzu die Vorderseite und/oder die Rückseite der Filtrationsmembranen 6A und/oder 6B mit Stützelementen in einem der vorstehend beschriebenen Muster ausgestattet.

In einer anderen zweckmäßigen Ausfuhrungsform der Erfindung sind jeweils zwei Filtrationsmembranen durch Klebeverbindungen miteinander verbunden, wobei die Klebeverbindungen in einem Muster gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8 angeordnet sind. Die Klebeverbindungen dienen als Stützelemente, die zum Einen die Filtrationsmembranen mechanisch stabilisieren und zum Anderen die Strömung eines zu reinigenden oder gereinigten Fluids umlenken. Die vorzugsweise punktuellen Klebeverbindungen können im Vorlauf und/oder im Permeatraum einer Filtrations vorrichtung angeordnet sein. Im ersten Fall (Vorlauf) werden die Oberseiten bzw. die Membranschichten von jeweils zwei benachbarten Filtrationsmembranen durch Klebeverbindungen miteinander verbunden. Im zweiten Fall (Permeatraum) werden die Unterseiten bzw. die Trägervliese von jeweils zwei benachbarten Filtrationsmembranen durch Klebeverbindungen miteinander verbunden.

Fig. 7 zeigt schematisch ein Beispiel einer Vorrichtung zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Abstandshalters 20, der beidseitig Stützelemente 2, 3 mit Durchgängen aufweist. Hierzu wird ein Flachmaterial 1 wie eine Folie aus einem metallischen oder polymeren Werkstoff, vorzugsweise aus einem Thermoplasten, zwischen zwei Walzenpaaren 51, 61 und 62, 52 hindurch gefuhrt. Die Mantelfläche jeweils einer Walze 61 bzw. 62 eines Walzenpaars ist mit einem Belag aus einem elastischen Material 63, beispielsweise Gummi der Shorehärte D, ausgestattet und fungiert als Gegenwalze für eine Prägewalze 51 bzw. 52. Die Prägewalzen 51, 52 tragen auf ihren Mantelflächen Prägeelemente 51A, 52 A, vorzugsweise dornenartige Fortsätze, aus einem metallischen Werkstoff wie Stahl. Die Prägeelemente 51A, 52A haben eine kalottenartige Form mit einer bogenförmigen Schneide und sind in einem der vorstehend beschriebenen erfindungsgemäßen Muster angeordnet. Beim Durchlaufen des Spaltes eines der Walzenpaare 51, 61 bzw. 62, 52 werden die Prägeelemente 51 A und 52 A in das Flachmaterial 1 gepresst. Die Walzen der Walzenpaare sind gegeneinander derart vorgespannt, dass das Flachmaterial 1 durch die Schneide der Prägeelemente 51 A bzw. 52 A geöffnet und zu Stützelementen 2 und 3 mit Durchgängen geformt wird. Das anhand der Fig. 7 erläuterte Verfahren kann auf vielfältige Weise variiert werden. Je nach Ausfuhrung des Abstandshalters mit einseitig oder beidseitig vorgesehenen Stützelementen 2 und/oder 3 kommen ein oder zwei Walzenpaare zum Einsatz. Kalottenförmige Stützelemente 2, 3 mit geschlossener Kontur ohne Durchgang sind durch entsprechende Formgebung der Prägeelemente 51A, 52 A erhältlich. Bei der Verwendung eines Flachmaterials 1 aus einem thermoplastischen Polymer wird die Prägung zweckmäßig bei erhöhter Temperatur, insbesondere oberhalb des Erweichungstemperatur (TG) des thermoplastischen Polymers durchgeführt.

Neben dem Prägen sind zudem weitere im Stand der Technik gebräuchliche Verfahren wie Tiefziehen, Spritzguss oder Extrusion vorgesehen. Erfindungsgemäß sind mit Spritzguss und Extrusion Verfahren gemeint, bei denen die Stützelemente durch lokalisierte Materialabscheidung erzeugt werden. Im Weiteren kommen Druckverfahren, wie sie beispielsweise für OLED eingesetzt werden, sowie Siebdruck oder eine fotolithografische Strukturierung in Betracht.

Wie eingangs erwähnt, ist u.a. vorgesehen, dass der erfindungsgemäße Abstandshalter einen integralen Bestandteil einer Filtrationsmembran bildet. Je nach Verwendung als Feed- und/oder Permeatspacer wird hierzu die Vorderseite, d.h. eine mittels Phaseninversion abgeschiedene polymere Membranschicht oder eine verstreckte Polymerfolie und/oder die Rückseite, d.h. das Trägervlies oder -gewebe der Filtrationsmembran strukturiert. Zum Strukturieren einer Filtrationsmembran, einer verstreckten Polymerfolie oder eines Trägervlieses oder Trägergewebes werden je nach Prozesseignung und -Wirtschaftlichkeit bekannte Verfahren wie mechanisches und/oder thermisches Prägen, Tiefziehen oder Bedrucken eingesetzt. Beispielsweise wird ein Trägervlies oder -gewebe mittels Tiefziehen strukturiert und nachfolgend mittels Phaseninversion eine polymere Membranschicht auf dem strukturierten Trägervlies/-gewebe abgeschieden. In ähnlicher Weise wird eine verstreckte polymere Membranfolie durch mechanisches Prägen strukturiert und hieran anschließend auf ein Trägervlies auflaminiert. Um eine auf einem Trägervlies mittels Phaseninversion abgeschiedene polymere Membranschicht mit erfindungsgemäßen Stützelementen aus einem polymeren Werkstoff auszustatten, wird vorzugsweise ein Druckverfahren eingesetzt. Bei dem Druckverfahren wird ein mit einer nieder-viskosen Dispersion eines polymeren Werkstoffs betriebener industrie-tauglicher Inkjet-Drucker verwendet. Alternativ hierzu kann die Membranschicht mit einer hoch-viskosen Dispersion eines polymeren Werkstoffs auf einer Dmckmaschine mit Übertrag- oder Gravurwalzen bedruckt werden. Ferner ist vorgesehen, die Stützelemente mittels Siebdruck aufzubringen.